作者：耿雙雙，趙寶紅，中國醫科大學口腔醫學院·附屬口腔醫院種植中心，遼寧省口腔醫學會研究所口腔種植研究室

鈦種植體因其良好的生物相容性和優異的機械性能在牙、、頜麵器官缺損修複領域應用越來越廣泛，以純鈦或鈦合金為主的鈦基生物材料成為目前口腔種植體的首選材料。但從臨床需求角度，仍然存在需要提高材料的生物活性，提高材料與骨組織結合的效率和效果等問題。

　　20世紀60年代，Branemark提出了骨整合概念，對於種植體的成功與否有很大影響。影響骨整合的因素很多，其中種植體的表麵性能尤為重要，已成為近年的研究重點。機械性能以及生物活性可影響種植體植入後機體的生物學反應、影響骨結合率以及骨結合速度，對種植體行使正常功能有重要意義。提高種植體表麵性能的方法很多，其中親水性能的提高為主要研究熱點之一。本文主要就提高鈦種植體表麵性能尤其是親水性能的研究現狀做一綜述。

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　　物理法主要是指種植體表麵超微結構的改變，包括噴砂酸蝕、電解蝕刻、激光處理和表麵陶瓷化等。噴砂酸蝕表麵粗化技術優化了種植體表麵的超微結構，提高骨組織與種植體表麵之間的機械鎖能力。近年來，噴砂酸蝕是進行種植體表麵改性的研究重點，證實確實可以獲得良好的生物活性表麵。

　　化學法主要通過在鈦表麵形成羥基磷灰石這一重要結構，是一種骨仿生材料，具有良好的生物相容性和骨引導作用，包括溶膠-凝膠法、等離子噴塗法、離子束輔助沉積技術和電化學沉積法等。生物化學法是通過將特定的蛋白、酶或肽固定於種植體表麵，來誘導成骨細胞增殖分化，更為直接有效地促進骨結合。目前常用的生物活性分子包括三大類：蛋白類、生長因子和活性肽。

　　近年來，一種新的親水性化學活化噴砂酸蝕純鈦表麵在促進骨結合的過程中顯示了顯著的優越性。通過提高種植體的表麵親水性能以促進骨結合的方法也越來越多，親水性表麵對成骨細胞的增殖與分化有顯著影響。

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　　2.1親水性鈦表麵對成骨細胞增殖和分化的影響

　　研究表明，如果純鈦在惰性氣體保護下進行噴砂酸蝕工藝，結束後立即置於生理鹽水中保存，形成的鈦片由於避免了空氣接觸造成的汙染，表麵具備優良的潤濕性和親水性。動物實驗表明，親水性的鈦表麵在種植體植入早期對骨結合有促進作用。

　　臨床研究也發現，未受空氣汙染的親水性鈦種植體在植入骨內後2周，穩定性即開始上升。杜娟等實驗結果表明，親水性化學活化大顆粒噴砂酸蝕處理(modSLA)表麵MC3T3-E1細胞的增殖活性比大顆粒噴砂酸蝕處理(SLA)表麵更低;而細胞的堿性磷酸酶(ALP)表達，modSLA表麵高於SLA表麵，表明前者更能促進分化。研究發現，modSLA表麵在植入體內2~4周內就有良好的新骨形成。體外實驗顯示，ALP和成骨終末分化產物骨鈣素(OCN)、骨橋蛋白(OPN)的表達在modSLA表麵顯著高於SLA表麵，且成骨相關的轉化生長因子-β1(TGF-β1)和前列腺素E2(PGE2)水平亦較高。體內外實驗均提示，親水性表麵通過促進成骨細胞的增殖和分化提高種植體與骨組織的整合能力。

　　2.2親水性純鈦表麵對成骨細胞黏附行為的影響

　　目前對於鈦材料表麵親水性的研究多集中於鈦表麵對細胞增殖、分化的影響，而對細胞黏附影響的研究相對較少。由於細胞都是先發生黏附後才進一步遷移、增殖、分化並分泌鈣基質，因此其在材料表麵上的黏附能力直接影響其後續的增殖分化活動，是接觸成骨的關鍵因素。目前多數學者對“高表麵能、高親水性能的表麵有利於促進細胞黏附”的觀點持認可的態度，認為親水性材料表麵對細胞黏附的促進作用主要依靠增加單位時間內細胞在材料表麵的理化黏附數量，達到增加生物學黏附的作用。

　　薑煥煥等對modSLA和SLA的鈦片進行細胞培養實驗，設置2個監測時間點(1h和3h)，結果這2個時間點的modSLA組表麵黏附率均顯著高於SLA組，說明親水性處理確實可以提高材料表麵的細胞黏附率。

　　2.3親水性鈦表麵對蛋白吸附的影響

　　成骨細胞在種植體表麵的黏附也依賴生物學黏附，材料先與生物活化因子作用，然後通過細胞與因子表麵的活性識別位點結合，將材料和細胞之間的互相作用信息傳遞到細胞內，從而調控細胞基因的表達。生物活化因子包括細胞外基質蛋白和細胞膜蛋白等。史婕等實驗證明，吸附了蛋白的鈦片更能促進細胞在其上的黏附、遷移、增殖和分化，細胞活性更好，且吸附纖維連接蛋白(FN)的試樣對細胞的分化和增殖效果最好，使材料具有更高的成骨活性。親水性鈦表麵對於蛋白質吸附有良好的促進作用，對於細胞的生物活性也就有積極的影響。

　　2.4親水性鈦表麵的動物研究

　　Buser等分別將modSLA表麵種植體與SLA表麵種植體植入成年小豬的上頜骨，觀察其2、4、8周的愈合情況。兩組種植體在2周時均觀察到有編織骨支架形成;4周時均發現平行纖維骨沉積、編織骨小梁加固、骨密度增加;8周時骨重建均使得骨密度進一步增加。但在2、4周時兩組差異顯著，modSLA表麵種植體有更快的愈合速度，骨沉積與骨密度增加更明顯，表明親水性表麵對於骨結合有明顯促進作用。

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　　3.1堿熱處理法

　　此方法是將鈦片置於5mol/L的NaOH溶液中，60℃下保溫24h，晾幹裝入自封袋密閉保存備用。盧世鬆等分別將微弧氧化和噴砂酸蝕工藝製作的鈦片經堿熱處理後置於模擬體液中一段時間，期間對其靜態水接觸角進行檢測，結果顯示微弧氧化鈦片接觸角保持在65~75°之間，噴砂酸蝕鈦片保持在50°上下，均屬於中等濕潤表麵，研究認為細胞在中等潤濕的材料中粘附能力最強。表麵元素成分分析表明，堿熱處理後的純鈦有很強的類骨磷灰石生成能力。綜上說明，堿熱處理的鈦片具有較好的親水性，且屬於中等潤濕材料，有利於成骨細胞的黏附。

　　3.2化學活化法

　　此方法是將鈦片在惰性氣體保護下加工，然後將噴砂酸蝕的純鈦材料浸沒在特定的液體中保存，隔絕了空氣中的碳酸鹽和碳氫化合物，阻止了其與材料表麵的羥基發生反應，以隔絕材料表麵的碳化汙染，使鈦表麵具有較高表麵自由能和親水性能。薑煥煥等把此種鈦片與SLA鈦片一起用於細胞培養，6h時前者可以觀察到較為清晰的肌動蛋白結構，較後者表麵細胞鋪展更為顯著，說明親水性處理可以提高細胞在材料表麵的黏附率，促進細胞鋪展能力。

　　3.3鈦表麵聚氨酯塗層法

　　該法是將純鈦片置於聚氨酯(PU)預聚體中，保持2min後提拉法將鈦片快速拉出，然後於室溫下自然風幹，然後浸泡在37.5℃過飽和Ca-P溶液中進行礦化，3d後取出。郭誌君等實驗表明，表麵礦化後的PU表麵對水接觸角僅6.42°，親水性顯著較高，因此其生物相容性及骨結合促進作用顯著提高。

　　3.4紫外線照射法

　　文獻表明，紫外線照射能增強鈦種植體表麵的骨結合能力，使鈦種植體與骨組織之間的骨結合發展快速且完全。孫彥維等研究結果顯示，紫外線照射的鈦片接觸角比較小，與之相應其親水性也較好，對後期的細胞粘附增殖以及分化有良好的促進作用。紫外線照射使鈦片加快了骨結合速度，提高了骨結合能力，種植體周圍骨組織的骨結合率甚至可達100%。研究表明，紫外線照射已經存放一段時間的鈦片，可使其從疏水水性表麵恢複為親水性。

　　3.5噴砂酸蝕-加熱處理法

　　此方法是用硫酸和鹽酸對噴砂鈦表麵進行酸蝕，並對其進行加熱處理。林曦等研究表明，450℃加熱處理的SLA鈦片較未加熱處理的SLA鈦片表麵接觸角小，親水性高，認為熱處理過程中形成了活性羥基，羥基提高了鈦表麵的生物學活性，因此可以解釋熱處理後鈦表麵的親水性增高。

　　3.6微弧氧化-堿熱處理法

　　李玉海等采用微弧氧化-堿熱處理複合方法，在純鈦表麵製備出較大表麵積且成分單一的TiO2陶瓷膜，並在模擬體液中對膜層的生物活性予以評價，結果表明形成的膜層具有較好的親水性。堿熱處理後的膜層置於模擬體液中培養14d，可以發現膜層表麵有大量的類骨磷灰石覆蓋接近於全覆蓋，證明經此處理的鈦片表麵能夠形成與人體自然骨成分相似的結構，使鈦片具有良好的生物活性。

　　3.7提高TiO2薄膜親水性法

　　3.7.1TiO2薄膜親水特性的原理

　　超親水性的產生原理是氧空位吸附羥基，通過羥鍵吸附水分子，進一步使TiO2薄膜具有超親水性的特性。改善TiO2薄膜親水特性的起效條件和如何使TiO2薄膜在短時間內保持超親水性是實現應用的關鍵。提高TiO2薄膜的可見光響應，延長超親水性的保持時間是近年來研究的熱點。

　　3.7.2提高TiO2薄膜親水性的方法

　　3.7.2.1多孔TiO2/SiO2複合薄膜

　　近年來研究者發現，TiO2薄膜在紫外光照射下有著超親水性能，如果無紫外光照射，TiO2薄膜很難表現出超親水性。為了使TiO2薄膜能在自然條件下同樣具有超親水性，近幾年來研究者致力於薄膜表麵微觀結構的構建以及表麵化學組成的修飾，構建多孔薄膜，從而提高表麵粗糙度，增加表麵積，從而進一步提高薄膜的親水性。研究表明，將SiO2加入到TiO2薄膜中提高了薄膜表麵的羥基含量，使其具有較強的親水性能，且這種特性可以在黑暗環境下長時間保存。

　　3.7.2.2濺射功率和氧氬比對TiO2薄膜親水性的影響

　　TiO2薄膜親水性受很多因素影響，包括工藝參數、製備條件和熱處理方式等。胡俊前等探討了濺射功率和氧氬比對TiO2薄膜親水性的影響。研究表明，氧氬比增加，有利於生成符合化學計量比的TiO2薄膜，但是氧氬比過高就不利於沉積過程的穩定，最佳氧氬比為2∶30。同時濺射粒子利於TiO2薄膜性能改善，濺射功率為126W最佳。兩者同時具備時能製備出親水性最好的TiO2薄膜。

　　3.7.2.3摻雜TiO2薄膜

　　已有研究表明，TiO2薄膜在自然光照射下不具備超親水性，而在紫外光照射下才具有超親水性，因此如何使TiO2薄膜具有超親水性且在長時間內可以維持成為了近年來研究的熱點。許華等得出結論，Ta/N雙摻TiO2薄膜有較低的靜態水接觸角，但在日光照射下其接觸角增加很快，因此對摻雜進行了研究，結果表明SiO2預鍍層會與摻雜薄膜發生反應，對於薄膜親水性的保持有良好作用。

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　　4.1空氣中碳水化合物對鈦片親水性影響

　　現已得知隨著鈦片保存時間的延長，其表麵的生物學性能會逐漸降低，導致成骨細胞的黏附、增殖、分化以及骨結合能力顯著下降，蛋白吸附能力也會越來越弱。有研究認為這可能與鈦表麵在儲存過程中受到碳氫化合物汙染，導致表麵元素構成的改變及表麵能下降有關。

　　Kilpadi等證實，鈦表麵的羥基可與空氣中的碳氫化合物發生化學反應，使保存過程中的鈦片表麵理化性能及生物活性發生顯著變化。Lu等等研究表明，碳氫化合物汙染改變了鈦片表麵潤濕性，從而使最初的親水性變成了疏水性，不利於成骨細胞的黏附與增殖。

　　4.2保存方式對鈦片親水性能的影響

　　常規種植體均為常溫常壓保存於密封瓶裏，隨著放置時間的延長其表麵或多或少會受到碳氫化合物的汙染，導致表麵親水性能發生些許變化。在實際應用中，臨床醫生於種植手術前不可能得到新鮮製備的種植體，應用時都經過或長或短的保存時間，因此鈦種植體表麵的生物活性可能有不同程度下降，這將不利於種植體後期即將發生的生物學反應，因此找到可以保持種植體親水性能的保存方法尤為重要。

　　Lu等將保存在水溶液、NaCl溶液及CaCl2溶液中的鈦片與常溫常壓保存的鈦片進行實驗比較，保持在液體中的鈦片接觸角增大程度明顯較低，且常溫常壓下保存的鈦片表麵蛋白吸附能力隨保存時間延長下降程度明顯。細胞培養結果顯示，保存在常溫常壓下的鈦片細胞黏附、增殖效果均顯著低於在液體中保存的鈦片。由此得知，為了盡量減少碳氫化合物汙染，盡可能長時間維持鈦表麵的親水性能，將種植體保存於液體中會是一個較好的方法。

　　4.3不同價態離子對鈦片親水性能的影響

　　盧海濱將鈦片保存在水溶液、NaCl溶液及CaCl2溶液中進行比較，結果顯示，保存在水中及NaCl溶液中的鈦片，其表麵的蛋白質吸附能力隨保存時間延長而下降的程度大於保存在CaCl2溶液中的鈦片，且細胞黏附效果、增殖分化情況一直也是保存在CaCl2溶液中的鈦片更佳。因此，保存液的離子對種植體的表麵理化性能和生物活性均有一定影響，研究表明，Ca2+更有利於蛋白質的吸附，進而促進成骨細胞的黏附、增殖與分化。

　　4.4消毒方法對鈦表麵親水性能的影響

　　種植體植入前進行消毒滅菌可有效減少鈦種植體植入過程中造成的感染。孫彥維等對紫外線照射、高壓蒸汽滅菌這兩種消毒方法進行了比較，結果顯示各個時間點紫外線照射組的靜態水接觸角均小於高壓蒸汽滅菌組，接觸角越小表明親水性能越好;同時，各個時間點下紫外線照射組吸附的蛋白量均顯著高於高壓蒸汽滅菌組。由此得出結論，紫外線照射相對高壓蒸汽滅菌消毒，可使鈦片表麵形成更好的親水性能，進而吸附更多的蛋白質，為隨後的細胞生物學反應提供良好基礎。

　　綜上所述，目前為促進骨結合速度，提高骨結合率而對種植體表麵進行改變特性的方法眾多，包括改變其表麵形態、化學性能和親水性能等。近幾年來，鈦材料的親水性表麵對成骨細胞的生物學作用已逐漸得到了研究者的認可，親水性表麵能夠提高成骨細胞的黏附率，明顯促進成骨細胞的增殖與分化，對於骨結合有積極作用，因此對於種植體鈦表麵的親水性能的研究將會是未來研究的熱點。筆者認為，將種植體保存在有利於保持親水性能的液體中，將是未來的發展趨勢。

　　來源：中國實用口腔科雜誌2016年6月第9卷第6期